第15卷 第7期
2016年7月
软 件 导 刊
Softw are Guide
V 1.15N O.7
July.2016
基于 Z ig Bee无线技术 的智能 空气净化系统设计
崔曦元 ,吴凌智
(1.上海理工大学 能源与动力工程学 院;2.上海理工大学 光电信 息与计 算机工程学院,上海 200093)
摘 要 :设计 了基 于 ZigBee无线传榆技 术的智 能空 气净 化 系统。以德 州仪 器(TI)公 司的 CC2530单片机 为主控 中
心 ,ZigBee无线 传输技术 为桥 粱,实现一 个 自组 织、低 成本的 空 气净化 系统 。该 净化 系统利用 终 端器上 的 PM2.5及
温湿度传 感器采集空气数据 ,通过 Z-Stack协议栈 发送至 ZigBee协调 器,在液 晶屏幕上 显示实时数据 ,通过设 定阈值
控制 空气净化 开关。实验 结果表 明,该 系统测量准确 ,能较好 地传输数据并净化空气。
关 键 词 :ZigBee无线传 输;Z—Stack协议栈 ;PM2.5;空气净化
DOI:10.11907/rjdk.161917
中图分类 号 :TP319 文献标 识 码 :A 文章 编号 :1672—7800(2016)007-0107—03
0 引 言
近年来 ,智能家居[1 的概 念不 断被提及 ,智 能家居 将
多种技术相结合 ,组成 一个控 制 系统 ],在 家居住 宅等 平
台上利用通信技术 、计算机技 术及 自动控 制技 术 ,实现 家
庭生 活 中各类 子 系统 的结 合应 用 ,进 而通过 网络 实现对 家
庭 内部 的全 智 能控 制 。
空气净化作为智能家居 的重要组成部分 ,对人体健 康
起到重要保护 作用 。PM2.5_3 是 指大气 中直 径小 于等 于
2.5肚m 的颗粒 物 。与较 粗 的 大气 颗粒 物相 比,其直 径 较
小 ,富含有毒有害物质 ,如果在大气 中停 留时间过 长 ,人 体
会 吸人大量 PM2.5,对 身体伤害 巨大 。目前 ,对 于大气 颗
粒物的研究及检测方法 尚处于检测方法及仪器制作 阶段 ,
对于 PM2.5这类 污染 物 的 网 络 化 检 测 还很 少 。ZigBeeL4
作为一种注重低耗 能 、低速率 的无线 通信 技术标 准 ,近 年
来被无线通信领域广泛研究并应用于智能仪器表 、医疗 环
境等方面 。本文设计 了一款应用 ZigBee无线传 输技术 的
智能空气净化系统 ,将 空气监 测与净 化 系统相 连接 ,达 到
实时 净化 空气 的 目的 。
1 ZigBee协 议
低功耗 、低成本及短距离传输的无线通信技术一直存
在 ,例如蓝牙 、WiFi,但 由于价格影 响了这类协议 的应用 范
围 。随着科技的进步 ,无线 传感 网络不 断发展 ,许 多新 的
网络协议 也 随 之 诞 生 ,ZigBee就 是 其 中 之 一 。2001年 ,
ZigBee联 盟 成 立 ,2004年 ZigBee V1.0诞 生 ,它 是 ZigBee
规范 的第 一个 版本 ,但 由 于 时 间仓 促 ,其 不 免 存在 一 些 不
足 。之 后的 几 年 内 ZigBee不断 推 出 新版 本 ,功 能 也 相继
完善 。ZigBee的主要技术特点[5 有 :①低功耗 ;②时延段 ;
③低 成本 ;④ 网络 容 量 大 。
1.1 ZigBee协议 栈
ZigBee协 议 栈 有 4层 结 构 ,如 图 l所 示 ,其 中 的
IEEE802.15.4—2003标 准 定 义 了最 底 下 的两 层 :物 理 层
(PHY)及媒体访 问层 (MAC)。ZigBee联盟在这两层 的基
础上 ,又 定义 了网 络层 (NWK)及 应用 层 ,应用 层 由应 用 支
持子层(APS)、ZigBee设备对象 (ZDO)组成 。ZigBee协议
栈的每一层都会先将属 于各 自的任务完成 ,待结束后 向上
一
层提供相应 的信息 与服务 ,每层通过接 口之间的逻辑链
路为相应的信 息与服务提供支持 。
安
全
服
务
提
供
应 用层
应用架构 面 ZigBee ̄
丽 艨 ∞
端点240 丌 端点1 — r 端点0 、
’sDE.SAPL APSDE-SA l APSDE-SA
应用支撑子层  ̄—PSM—E 豳
圆 圆
安 全
管 理
圈 网络层 圆 圈
ZDO管 理
平 台
介 质 访 问控制 层
图 1 Zigaee协议 栈
作者简介 :吴凌智(1991一),男,江西吉安人 ,上 海理 工大学光 电信 息与计算机 工程学院硕 士研 究生,研究方向为嵌入 式系统 、Linux。